Sayısal Gürültü Modellemesi: Radyal Fan Uygulaması

Abstract

Müşteri beklentileri ve gürültü denetim politikaları göz önüne alındığında kurutucu fanlarına ait gürültü kestirimi nem kazanmaktadır. Deneysel çalışmalar, büyük maliyetler getirmekte ve önemli cihaz ve insan kaynağına gerek duymaktadır. Bilgisayar teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, Hesaplamalı Aero Akustik (HAA) gürültü oluşum ve yayınımına yönelik kullanılabilir bir yöntem ortaya koymaktadır. Özellikle hibrid HAA, gürültünün oluşumu ve yayınımı hesaplamalarını birbirinden ayrı çözümlediği için, pahalı olmayan ve etkili bir yaklaşım ortaya koymaktadır. Bu çalışmada, çamaşır kurutucularında kullanılan radyal fan uzak alan gürültüsünün kestirimi için hibrih HAA yöntemi ortaya konmaktadır. Radyal fanlara yönelik HAA özümleme iki aşamadan oluşmaktadır: i) akış alanının çözümlenmesi ve ii) uzak alan ses yayınımının hesaplanması. Akış alanı Büyük Girdap Simülasyonu (LES) türbülans modellemesi kullanılarak çözümlenmiştir. LES akışa ait büyük girdapları çözen, küçük girdapları ise modelleyen bir yöntem olduğundan, HAA için mevcut bilgisayar teknolojisi göz önüne alındığında en uygun çözümdür. Türbülatif akış alanı çözümlemesinden sonra, fan kanatları ve salyangoz üzerindeki basın titreşimleri hesaplanarak akustik kaynaklar (dipoller) hesaplanmış ve Ffowcs Williams ve Hawkings ve dalga denklemleri kullanılarak uzak alan ses yayınımı hesaplanmıştır. Sayısal sonuçlar deneysel sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Oluşturulan metodoloji ile elde edilen sonuçlar deneysel sonuçlar ile oldukça iyi bir uyum göstermekte olup, ses basıncı yanında sesin yönelimi de hesaplanmıştır.

Predicting the flow-induced noise of a laundry dryer is essential in order to control the noise emission and to comply with the noise regulations and consumer demands. Experimental aero acoustics methods involve drawbacks due to time and investment expenses and measurement errors including reflection problems. With the improvement in computational technology, Computational Aero Acoustics (CAA) provides a proper model for noise generation and propagation. Especially, the hybrid CAA methods are efficient and inexpensive, since these solve for the different scales of noise generation and propagation separately. In this thesis a hybrid CAA model is employed to predict the far field noise generated by a radial fan used in laundry dryers and based on the insight gained from the CAA analysis a new silent fan prototype is developed. Aero Acoustic computation of both fans is performed in two steps: i) computing the unsteady flow field and ii) computing the acoustic pressure fluctuations in the far field in the frequency domain. Flow field is solved with Large Eddy Simulation (LES), where the large and energetic scales of turbulence are resolved and the small and dissipative scales are modeled. Acoustic sources are computed based on the turbulent unsteady flow field, with the Ffowcs Williams and Hawkings equation. Finally, the wave equation is solved to determine the far field sound pressure level. The numerical results of the turbulent unsteady flow and noise emission are in good agreement with the experiments. This study shows how the CAA methods provide an insight to the turbulent flow and noise generation mechanisms and how these can be employed to decrease the overall sound pressure level of a fan.